NIO源码分析之Buffer

古城微笑少年丶 2022-01-21 02:35 259阅读 0赞

# NIO源码分析之Buffer #

NIO博大精深，探寻NIO的源码后收获很多，在此进行记录。这次主要分析Buffer的源码，主要有以下几个内容。

*  绝对方法和相对方法（position，limit，capacity属性的含义）
 *  Clearing，flipping，and rewinding 的作用
 *  线程不安全
 *  链式调用
 *  常用API源码分析

# 绝对方法和相对方法 #

1.  相对方法: limit值与position值会在操作时被考虑到.
2.  绝对方法,完全忽略掉limit值与position值.

## 三个重要属性的含义： position， limit， capacity ##

源码中的解析：  
A buffer’s capacity is the number of elements it contains. The capacity of a buffer is never negative and never changes.

一个buffer的capacity是它锁包含的元素的数量。buffer的capacity不为负而且不能改变。

A buffer’s limit is the index of the first element that should not be read or written. A buffer’s limit is never negative and is never greater than its capacity.

一个buffer的limit是第一个不能被读写的元素的索引。一个buffer的limit不能为负而且不能大于它的capacity。

A buffer’s position is the index of the next element to be read or written. A buffer’s position is never negative and is never greater than its limit.

一个buffer 的position是下一个被读写的元素的索引。一个buffer 的position不能为负而且不能大于limit。

创建时调用Buffer的一个子类ByteBuffer的 allocate申请空间。返回的是HeapByteBuffer(capacity, capacity)

![1559900213755][]

层层跟进

![1559900229280][]

它调用了父类ByteBuffer中的构造方法

![1559900251780][]

由此可得出cpacity和limit的初始值是相同的，position为0。

另外调用ByteBuffer的allocateDirect，为

![1559900299881][]

它调用了DirectByteBuffer的构造方法来进行初始化。

![1559900323457][]

可见limit和capacity依然是相同的。position为0。

所以初始时为：

![1559898867716][]

其中capacity永不变。读了四个以后为：

![1559898879731][]

flip方法：将p指向0，将limit指向原来position的位置。

![1559898898600][]

这样进行写或者读的时候，随着position向limit的移动就可以成功读取响应的数据。  
mark作用为进行标记，以便返回标记处。  
0 <= mark <= position <= limit <= capacity

# Clearing, flipping, and rewinding #

*  clear makes a buffer ready for a new sequence of channel-read or relative put operations: It sets the limit to the capacity and the position to zero.  
    使得limit和capacity归零，相当于重置。
 *  flip makes a buffer ready for a new sequence of channel-write or relative get operations: It sets the limit to the current position and then sets the position to zero.  
    使得limit放在position的位置，使position归零，用于下一次读写。
 *  rewind makes a buffer ready for re-reading the data that it already contains: It leaves the limit unchanged and sets the position to zero.  
    使得position归零，进行新的读写相当于恢复为上一次读写前的状态，进行新的读写

# 线程不安全 #

Thread safety  
Buffers are not safe for use by multiple concurrent threads. If a buffer is to be used by more than one thread then access to the buffer should be controlled by appropriate synchronization.

使用多线程的时候Buffer不是多线程的，如果Buffer要在多于一个线程中使用，需要进行适当的同步。

# 链式调用 #

Invocation chaining  
Methods in this class that do not otherwise have a value to return are specified to return the buffer upon which they are invoked. This allows method invocations to be chained; for example, the sequence of statements

此类中没有要返回的值的方法被指定为返回调用它们的缓冲区。这允许将方法调用链接起来；例如，语句序列

b.flip();  
b.position(23);  
b.limit(42);  
can be replaced by the single, more compact statement  
b.flip().position(23).limit(42);

# 常用API源码分析 #

*  allocate()

![1559900988375][]

HeapIntBuffer与IntBuffer为父子关系。

![1559901004884][]

IntBuffer调用父类 IntBuffer的构造方法进行初始化

![1559901021472][]

*  allocateDerect() 零拷贝

直接申请堆外内存.实现了零拷贝.之前为什么要拷贝?因为直接操作堆上的内存（可以看做用户空间的内存）,然后分配一个address给buffer的话，期间可能会出现GC等,导致数据内存地址发生改变.所以只好把内容拷贝给buffer。直接操作堆外内存（内核空间的内存）的话，不会出现GC，所以把地址直接给buffer，可以实现零拷贝。

![1559901063264][]

进入DerecByteBuffer()方法,如下图,以看出里面用JNI,unsafe的方法直接申请内存

![1559901126260][]

在Buffer类中可以找到address变量,表示在对外内存分配的内存的地址,为什么不直接放在DerectByteBuffer呢,上面注释说了,为了加快GetDirectBufferAddress的调用方法.

![1559901151138][]

*  mark()

![1559901454025][]

将mark标记设置为position处

*  reset()

![1559901481681][]

重新设置position位置为之前标记的m处

*  clear()

![1559901520443][]

清空buffer,想象一下,即将position置零(最左端),limit被赋值为capacity(limit和capacity在最右端),一切都回到了最开始的地方.  
**注意:** 这个数组不会理所当然的被抹去,这个数组会随着之后的写入而把之前的值给覆盖.

*  flip()

![1559901567243][]

翻转,意思就是把limit置为position,position置为0,mark置为-1(代表丢弃),准备给channel进行读写.

*  rewind()

![1559901608889][]

非常好理解,倒带,就是把position置为0,重复利用buffer,解进行下一次channel-write或者get操作.它和flip()的区别是,flip操作了limit,而这个limit是定的,只是为了再次重复利用buffer.

*  remaining()&&hasRemaining()

![1559901643187][]

remaining意思为剩余,顾名思义,remaining()方法利用limit - position成功得出剩余的处理的数量.  
hasRemaining返回一个boolean值,表示是否还有剩余.

*  slice()

![1559901716482][]

Slice Buffer 和 原有 Buffer 共享相同的底层数组,但是不共享limit和position

*  asReadOnlyBuffer()

![1559901749370][]

点开实现类,为 HeapByteBufferR,

![1559901768633][]

它的put方法全都抛出ReadOnlyBufferException()异常.

以上解析了部分核心API的源码，更多的源码，原理大概相似，可以自行看源码进行理解。下面会分析Selector的相关源码，对其进行更深入的理解。

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[1559901768633]: /images/20220121/ad581279d2464d88bab06bba61663268.png